廢棄混凝土再生集料基層的新成型方法

廢棄混凝土再生集料基層的新成型方法Thenewmethodofmodelwithscrapconcretebase-course水泥混凝土路面在高等級(jí)重交通的道路得到較廣泛的應(yīng)用。截止2005年底，全國(guó)公路通車(chē)?yán)锍桃堰_(dá)193.05萬(wàn)公里，其中高速公路通車(chē)?yán)锍踢_(dá)到4.1萬(wàn)公里。其中有50%左右為水泥混凝土路面，大部分水泥混凝土路面即將達(dá)維修期；由于水泥混凝土路面本身的特點(diǎn)，只能通過(guò)對(duì)基層和混凝土路面的綜合處置才能恢復(fù)其路用性能；因此混凝土道路的改建必將產(chǎn)生大量廢棄的混凝土塊。顯然，若將大量被換下的舊混凝土板隨意丟棄，它不僅侵占了大量的耕地，污染沿路的周邊環(huán)境，即使將其掩埋也要消耗大量的資金。對(duì)社會(huì)造成非常大的危害。合理有效地處置廢棄混凝土板是舊混凝土維修改造過(guò)程中必須考慮的問(wèn)題；廢棄混凝土板的再生利用，不僅能變廢為寶，而且還能緩解道路改建對(duì)環(huán)境造成的不利影響，同時(shí)能降低工程造價(jià)，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益[1]。因此對(duì)廢棄水泥混凝土的再生利用已經(jīng)引起廣泛的關(guān)注。本文就采用水泥穩(wěn)定再生集料用于高等級(jí)公路路面基層問(wèn)題進(jìn)行研究，利擊實(shí)和靜壓成型兩種方法進(jìn)行研究，分析試驗(yàn)結(jié)果，最后利用振動(dòng)成型廢棄混凝土再生基層，同時(shí)也證明了振動(dòng)壓實(shí)成型的水泥穩(wěn)定的廢棄混凝土再生集料基層完全能夠滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范高等級(jí)公路基層的指標(biāo)要求，是廢棄混凝土再生利用的一個(gè)有效途徑。1.再生集料性質(zhì)試驗(yàn)取用哈爾濱—大慶高速公路的廢棄水泥混凝土塊，采用水泥做基層結(jié)合料；其中的粒料均要滿(mǎn)足一定的要求。該指標(biāo)主要包括顆粒級(jí)配和壓碎值、洛杉磯磨耗、針片狀顆粒含量等[2]。前者表示了用于基層粒料粗細(xì)顆粒的分級(jí)搭配，后者綜合反映了粒料的力學(xué)性質(zhì)。表1是主要路用指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果，表2選用的試驗(yàn)級(jí)配。表1再生集料主要路用指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果性質(zhì)指標(biāo)實(shí)測(cè)值規(guī)范要求壓碎值(%)12.62≤30洛杉磯磨耗(%%)48.72—針片狀含量(%%)9.6≤35堅(jiān)固性(%)8.0≤25吸水率(%)5.69—表觀密度(g//cm3)2.27—表2試驗(yàn)所選用的級(jí)配集料粒徑(mmm)31.5199.54.752.360.60.075<0.075質(zhì)量百比(%))0232921510.511.50由篩分情況可知，一次破碎的再生骨料中粗集料含量偏多，4.75mm以下集料含量不足5%，由下面的空隙率試驗(yàn)可知，一次破碎的再生骨料與大空隙集料級(jí)配比較接近；二次破碎的再生骨料粗、細(xì)顆粒比較均勻，與《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]中規(guī)定的水泥穩(wěn)定類(lèi)骨架密實(shí)型基層級(jí)配范圍相比，基本滿(mǎn)足要求級(jí)配范圍。能夠全部滿(mǎn)足。由此看來(lái)，廢棄混凝土再生集料自身已具備了基本的路用性能，為其在道路工程中的實(shí)際應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。同時(shí)，廢棄混凝土軋制成骨料的過(guò)程相對(duì)來(lái)說(shuō)并不是一件困難的工作，軋制時(shí)只需將超限的粒徑篩出重新加工即可，從而為廢棄混凝土的再生利用提供了便利條件。2.成型試驗(yàn)結(jié)果參照《公路工程基層施工技術(shù)規(guī)范》并結(jié)合實(shí)際施工慣例，水泥穩(wěn)定再生集料選定四種配合比，以標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，確定各配合比的最大干容重和最佳含水量。水泥選用的哈爾濱生產(chǎn)的天鵝牌325號(hào)水泥，水泥各項(xiàng)指標(biāo)均滿(mǎn)足要求。利用靜壓法成型，試驗(yàn)的尺寸為Φ15cm×15cm，試件的齡期為7天和28天；試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3和表4表3不同配合比擊實(shí)試驗(yàn)配合比最大干密度(gg/cm33)最佳含水量(%%)水泥：再生集料料=3：972.029.62水泥：再生集料料=4：962.0710.62水泥：再生集料料=5：952.0710.89水泥：再生集料料=6：942.0711.12表4靜壓成型方法再生集料抗壓強(qiáng)度配合比95%強(qiáng)度代表表值(Mpa))變異系數(shù)(%))高等級(jí)公路規(guī)范范要求7d強(qiáng)度(Mpa))7d28d7d28d水泥：再生集料料=3：971.822.072123低基層≥1.55水泥：再生集料料=4：961.622.331821水泥：再生集料料=5：951.642.392225基層3～4水泥：再生集料料=6：941.953.013222從以上結(jié)果看，采用靜壓法成型的試件離散性非常大，強(qiáng)度代表值雖然都能滿(mǎn)足低基層的要求，但不符合水泥穩(wěn)定粒料的規(guī)律，強(qiáng)度隨水泥劑量的增大而增大；同樣材料、級(jí)配、水泥劑量和成型條件的試件的抗壓強(qiáng)度卻存在很大差別，與水泥穩(wěn)定普通碎石材料相比顯然不同，這與再生集料自身的一些特點(diǎn)有關(guān)，但也反映出靜壓法成型再生混合料存在不足，不能制備出相關(guān)性滿(mǎn)足要求的試件。3.級(jí)配變化變化試驗(yàn)為研究靜壓法成型的試件的強(qiáng)度試驗(yàn)出現(xiàn)異常離散性現(xiàn)象的原因，分別對(duì)擊實(shí)試驗(yàn)和靜壓成型進(jìn)行分析。將級(jí)配變化試驗(yàn)分三部分，即改變落錘高度擊實(shí)后級(jí)配變化試驗(yàn)見(jiàn)表5、改變擊實(shí)次數(shù)后級(jí)配變化試驗(yàn)見(jiàn)表6和靜壓后級(jí)配變化試驗(yàn)見(jiàn)表7。表5不同擊實(shí)高度集料級(jí)配變化情況篩孔尺寸(mm)原級(jí)配(%)級(jí)配范圍(%))每層不同擊實(shí)高高度的通過(guò)過(guò)率(%)上限下限45cm40cm35cm30cm26.5100.0100100100.0100.0100.0100.01977.2866887.482.884.284.99.548.6583859.757.557.556.54.7527.6322238.236.536.435.82.3622.1281629.428.328.628.10.611.715816.316.216.315.70.0750.2000.91.00.90.7表6改變擊實(shí)次數(shù)集料級(jí)配變化情況篩孔尺寸(mm)原級(jí)配(%)級(jí)配范圍(%))每層不同擊實(shí)次次數(shù)的通過(guò)過(guò)率(%)上限下限9888786826.5100100100100.0100.0100.0100.01977.2866887.484.185.883.69.548.6583859.756.857.056.54.7527.6322238.235.935.434.92.3622.1281629.427.527.026.90.611.715816.314.714.214.80.0750.2000.90.60.50.8表7集料靜壓后與原級(jí)配及級(jí)配范圍的比較篩孔尺寸(mm)原級(jí)配(%)級(jí)配范圍(%))靜壓后級(jí)配(%%)上限下限平均通過(guò)率試樣1試樣226.51001001001001001001977.2866885.587.183.99.548.6583859.759.659.84.7527.6322239.439.938.92.3622.1281629.429.729.10.611.715816.717.3160.0750.2001.31.41.2由表6可以看出，落錘高度從45cm依次變化到25cm時(shí)，集料的級(jí)配逐漸靠近級(jí)配范圍上限，但均與原級(jí)配有較大差別，并且不在級(jí)配范圍之內(nèi)；表7表明，每層擊實(shí)次數(shù)從98次至68次，集料級(jí)配也都偏離出級(jí)配范圍之外；表8則可見(jiàn)，靜壓后集料的級(jí)配在靠近級(jí)配范圍上限外部附近。以上試驗(yàn)結(jié)果表明，擊實(shí)試驗(yàn)方法和靜壓成型方法對(duì)再生集料級(jí)配都有很大影響，使再生集料不同程度地產(chǎn)生了破碎。靜壓成型時(shí)，每個(gè)試件內(nèi)部集料破碎程度不一樣，因此每個(gè)試件之間的級(jí)配存在差別，造成試件強(qiáng)度的離散性增大。4水泥穩(wěn)定再生集料振動(dòng)壓實(shí)試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)采用哈工大道路試驗(yàn)室振動(dòng)成型機(jī)，參照哈工大王龍的研究成果[4]和實(shí)際工程中振動(dòng)壓路機(jī)的工作參數(shù)，以再生集料不發(fā)生破壞和成型后基層混合料的密度大兩者作為指標(biāo)，確定了試驗(yàn)的最佳工藝參數(shù)見(jiàn)表8，選用的水泥與擊實(shí)試驗(yàn)的相同。根據(jù)確定最佳含水量和最大干密度見(jiàn)表9，利用振動(dòng)壓實(shí)成型，試驗(yàn)的尺寸為Φ15cm×15cm，試件的齡期為7天和28天；試驗(yàn)結(jié)果和表10。表8振動(dòng)壓實(shí)成型儀的最佳工藝參數(shù)頻率(Hz)配重(片數(shù))振幅(mm)時(shí)間(秒)3051.0210表9不同配合比振動(dòng)壓實(shí)試驗(yàn)配合比最大干密度(gg/cm33)最佳含水量(%%)水泥：再生集料料=3：972.0910.20水泥：再生集料料=4：962.1010.47水泥：再生集料料=5：952.1110.97水泥：再生集料料=6：942.1211.10表10振動(dòng)壓實(shí)成型方法再生集料抗壓強(qiáng)度配合比95%強(qiáng)度代表表值(Mpa))變異系數(shù)(%))高等級(jí)公路規(guī)范范要求7d強(qiáng)度(Mpa))7d28d7d28d水泥：再生集料料=3：973.885.831010低基層≥1.55水泥：再生集料料=4：965.188.13129水泥：再生集料料=5：956.339.041114基層3～4水泥：再生集料料=6：947.9311.35108從以上結(jié)果看，采用振動(dòng)壓實(shí)成型的試件離散性均滿(mǎn)足規(guī)范中要求的小于15%，強(qiáng)度滿(mǎn)足高等級(jí)公路基層的要求，強(qiáng)度隨水泥劑量和齡期的增加而增長(zhǎng)，完全符合水泥穩(wěn)定粒料的規(guī)律，變異性小說(shuō)明了材料的均勻性和可靠性，同時(shí)也證明了振動(dòng)壓實(shí)成型的水泥穩(wěn)定的廢棄混凝土再生集料基層完全能夠滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范高等級(jí)公路基層的指標(biāo)要求，是廢棄混凝土再生利用的一個(gè)有效途徑。5結(jié)論1)再生集料在道路基層中的應(yīng)用是解決水泥混凝土道路改建時(shí)產(chǎn)生的廢棄混凝土再利用的一個(gè)有效途徑，通過(guò)控制最大粒徑的方法，利用普通顎式粉碎機(jī)可軋制出各項(xiàng)指標(biāo)能夠符合路用要求的再生集料，備料相對(duì)簡(jiǎn)單實(shí)用。再生集料密度較小，吸水率大，自身強(qiáng)度較天然碎石低，但基本性能能夠滿(mǎn)足基層使用要求。2)用《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》中的擊實(shí)試驗(yàn)和靜壓成型方法對(duì)再生集料能產(chǎn)生破壞作用，改變了原來(lái)的級(jí)配，使試件強(qiáng)度離散性很大，強(qiáng)度代表值不滿(mǎn)足規(guī)范要求，建議不使用這種方法成型。3)以再生集料不發(fā)生破壞和成型后基層混合料為指標(biāo)確定了振動(dòng)壓實(shí)成型方法的最佳工藝參數(shù)，通過(guò)試驗(yàn)證明了試件的強(qiáng)度和變異性都滿(mǎn)足高等級(jí)公路基層的要求，是廢棄混凝土再生利